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APLICAÇÃO DA TERMOGRAFIA NA

MANUTENÇÃO DE

INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS

ISIS ZAIDAN DA SILVA

PROJETO SUBMETIDO AO CORPO

DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA

POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO, COMO

PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS

PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE

ENGENHEIRO ELETRICISTA

Orientador: Jorge Nemésio Sousa

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

2020

APLICAÇÃO DA TERMOGRAFIA NA MANUTENÇÃO DE


Isis Zaidan da Silva

PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO, COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA.

Examinado por:

_________________________________________________

Prof. Jorge Nemésio Sousa, MSc.- Orientador

_________________________________________________

Prof. Antonio Carlos Siqueira de Lima, D.Sc.

_________________________________________________

Engº Augusto Cesar Santos Barretto

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

JUNHO DE 2020

iii

Silva, Isis Zaidan da

Aplicação da termografia na manutenção de Instalações

elétricas industriais / Isis Zaidan da Silva - Rio de Janeiro:

UFRJ/ESCOLA POLITÉCNICA/DEE, 2020.

XVI, 56 p.; il.; 29,7 cm.


Projeto de Graduação – UFRJ/Escola Politécnica/DEE -

Departamento de Engenharia Elétrica, 2020.

Referências Bibliográficas: p. 55-56.

1. Termografia. 2. Manutenção. 3. Instalações elétricas.

I. Nemésio Sousa, Jorge. II. Universidade Federal do Rio de

Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Elétrica III.

Título.

iv

DEDICATÓRIA

A quem veio antes de mim e permitiu que estivesse

aqui hoje.

v

EPÍGRAFE

“You can’t be what you can’t see.”

Marian Wright Edelman

vi

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos

requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

APLICAÇÃO DA TERMOGRAFIA NA MANUTENÇÃO DE



Junho de 2020


Departamento de Engenharia Elétrica

A termografia infravermelha quando aplicada como uma ferramenta de manutenção

preventiva torna possível a identificação de anomalias antes que elas evoluam gerando paradas

não programadas. A possibilidade de realizar a inspeção termográfica sem interromper o

fornecimento de energia e mantendo a segurança dos colaboradores tornou a técnica difundida

no mercado. Porém, a utilização desta ferramenta sem conhecer seus conceitos e limitações

pode levar a erros de interpretação e consequentemente desligamentos desnecessários dos

equipamentos e instalações.

Esse trabalho visa apresentar os principais conceitos e limitações da termografia em

instalações elétricas industriais. Através de termogramas obtidos em campo são apresentados

como os conceitos de termografia infravermelha influenciam na interpretação dos termogramas

e quais as limitações do uso desta técnica.

Palavras-chave: termografia, manutenção, instalações elétricas.

vii

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Electrical Engineer.

APLICATION OF THERMOGRAPHY IN MAINTENANCE OF INDUSTRIAL

ELECTRICAL INSTALLATIONS


June / 2020

Advisor: Jorge Nemésio Sousa

Departament: Electrical Engineering

ABSTRACT

Infrared thermography when applied as a preventative maintenance tool makes it

possible to identify anomalies before they evolve and generate unscheduled downtime. The

possibility of performing thermographic inspection without interrupting the power supply and

maintaining the safety of employees has made this technique widespread in the industry, but

the use of this tool without knowing its concepts and limitations can lead to misinterpretations

and unnecessary stops.

This document aims to present the main concepts and limitations of thermography in

industrial electrical installations. In field thermograms show how the concepts of infrared

thermography influence the interpretation of thermograms and the limitations of using this

technique.

Keywords: thermography, maintenance, electrical installations.

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 – Espectro Eletromagnético ................................................................................... 10

Figura 2.2 – Radiação total medida em termografia ............................................................... 16

Figura 2.3 – Diagrama básico da conversão da radiação infravermelha em imagem térmica 16

Figura 2.4 – Características do termógrafo para definição da resolução espacial................... 19

Figura 2.5 – Gráfico de emissividade ...................................................................................... 22

Figura 2. 6 – Mesmo termograma apresentado com diferentes amplitudes de escala: (a) entre

15 e 70 ºC; (b) entre 22 e 65 ºC ........................................................................................ 23

Figura 2. 7 – Medida de temperatura máxima, mínima e média da área Bx1 ......................... 24

Figura 2. 8 – Medida do gradiente térmico da reta Li1: (a) imagem térmica; (b) gradiente de

temperatura ....................................................................................................................... 24

Figura 2. 9 – Termograma com temperatura de isoterma entre: (a) 50 e 60 ºC; (b) 65 e 68 ºC

.......................................................................................................................................... 25

Figura 3. 1 – Barramentos com fitas de identificação: (a) imagem real; (b) imagem térmica 36

Figura 3.2 – Reflexo de transformador na conexão tipo T e no barramento. .......................... 37

Figura 3. 3 – (a) Foto sem apresentar reflexo; (b) Termograma com reflexo do inspetor

termografista no fundo do quadro. ................................................................................... 38

Figura 3.4 – Comportamento da onda infravermelha em cavidades: (a) Absorção; (b)

Emissão. ............................................................................................................................ 39

Figura 3.5 – Comportamento do infravermelho em furos de diferentes profundidades. ........ 40

Figura 3. 6 – (a) Imagem real; (b) Termograma com aquecimento em objeto com cavidade. 41

Figura 3. 7 – (a) Imagem real; (b) Termograma com condutor aquecido menos evidente. .... 42

Figura 3. 8 – (a) Imagem real; (b) Termograma com mudança de ângulo e condutor aquecido

mais evidente. ................................................................................................................... 43

Figura 3.9 – Transformador em sobrecarga. ........................................................................... 44

Figura 3. 10 – Transformador em regime normal carga. ......................................................... 44

Figura 3. 11 – Quadro de comando com pontos de aquecimento: (a) imagem real; (b) imagem

térmica. ............................................................................................................................. 45

Figura 3.12 – Quadro de comando com pontos de aquecimento 15 dias após: (a) imagem real;

(b) imagem térmica. .......................................................................................................... 46

Figura 3. 13 – Quadro de comando após substituição dos componentes: (a) imagem real; (b)

imagem térmica. ............................................................................................................... 47

Figura 3.14 – Imagem sem a atenuação do infravermelho por obstáculo: (a) imagem real; (b)

imagem térmica ................................................................................................................ 48

ix

Figura 3.15 – Imagem com a atenuação do infravermelho por obstáculo: (a) imagem real; (b)

imagem térmica ................................................................................................................ 49

Figura 3.16 – Imagem de instalação elétrica com acrílico de proteção: (a) imagem real; (b)

imagem térmica ................................................................................................................ 50

Figura 3.16 – Janela de Inspeção Termográfica ...................................................................... 51

Figura 3.17 – Termografia através de janela de inspeção termográfica. ................................. 52

x

LISTA DE QUADROS

Quadro 2.1 – Matriz de priorização ........................................................................................ 33

Quadro 2.2 – Anomalias mais comuns por equipamento ....................................................... 34

Quadro 3.1 – Especificações Termógrafo E6.......................................................................... 35

xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Divisões do Espectro Eletromagnético ............................................................... 11

Tabela 2.2 – Emissividade de materiais comuns em instalações elétricas .............................. 13

Tabela 2.3 – Fator de correção da temperatura pela velocidade do vento ............................... 26

Tabela 2.4 – Velocidade do vento pelo comportamento do ambiente ..................................... 27

Tabela 2.5 – Critério MTA - Máxima Temperatura Admissível ............................................. 28

Tabela 2.6 – CFCA - Critério Flexível de Classificação de Aquecimentos ............................ 30

Tabela 2.7 – Critério Delta T para equipamentos elétricos de acordo com a NETA

Maintenance Testing Specifications ................................................................................. 31

xii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

°C Grau Celsius – unidade de temperatura

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

BT Baixa Tensão - se caracteriza por valores abaixo de 1.000 V

c Velocidade da luz no vácuo

CFCA Critério Flexível de Classificação de Aquecimentos

cm Unidade de comprimento - centímetro

D Tamanho do objeto inspecionado

Distd Distância máxima entre o objeto inspecionado e o termografista

EAT Extra Alta Tensão - se caracteriza por valores entre 230.000 e 750.000 V

Fcc Fator de correção de carga

Fcv Fator de correção de vento

FOV Campo de visão

h Constante de Plank

IFOV Campo de visão instantâneo

Im Corrente no momento da medição (A)

In Corrente nominal (A)

J Joule

JIT Janela de Inspeção Termográfica

k Constante de Stefan-Boltzmann

K Kelvin – unidade de temperatura

m Metro

MT Média Tensão - se caracteriza por valores entre 1.000 V e 36,2 kV

MAA Máximo Aquecimento Admissível

MTA Máxima Temperatura Admissível

NETA National Electrical Testing Association

Pix Quantidade de Pixels

Pixel Menor ponto que forma uma imagem digital

QGBT Quadro Geral de Baixa Tensão

s Unidade de tempo - segundo

S Constante de Boltzmann

T Temperatura absoluta

TA Temperatura ambiente

Tc Temperatura corrigida

xiii

TCC Trabalho de conclusão de curso

Tm Temperatura medida

Treal Temperatura real

UAT Ultra Alta Tensão - se caracteriza por valores acima de 750.000 V

V Unidade de tensão elétrica - Volts

W Energia irradiada (Watts / m²)

Wa Energia absorvida por um corpo

WBB Energia irradiada por um corpo negro

We Energia emitida por um corpo

Wr Energia refletida por um corpo

WRB Energia irradiada por um corpo real

Wt Energia transmitida por um corpo

ε Emissividade - característica do material que diz respeito a capacidade

de emissão de energia por radiação da sua superfície.

λ Comprimento de onda

xiv

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 1

1.1 APRESENTAÇÃO ............................................................................................... 1

1.2 PROPOSTA .......................................................................................................... 1

1.3 MOTIVAÇÃO ...................................................................................................... 2

1.4 OBJETIVOS DO ESTUDO ................................................................................. 2

1.5 RELEVÂNCIA DO ESTUDO ............................................................................. 3

1.6 LIMITAÇÕES DO ESTUDO .............................................................................. 3

1.7 ORGANIZAÇÃO/DESCRIÇÃO DO TRABALHO ........................................... 3

1.8 METODOLOGIA DE PESQUISA ...................................................................... 4

1.8.1 Classificação da pesquisa ............................................................................... 4

2 REFERENCIAL TEÓRICO ..................................................................................... 7

2.1 MANUTENÇÃO EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS .............. 7

2.1.1 Instalações elétricas industriais ..................................................................... 7

2.1.2 Manutenção ..................................................................................................... 7

2.1.3 Defeitos ............................................................................................................ 8

2.1.4 Falhas ............................................................................................................... 8

2.2 AQUECIMENTO EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS ....................................... 8

2.3 RELAÇÃO ENTRE O INFRAVERMELHO E A TEMPERATURA ................ 9

2.3.1 Temperatura e calor ....................................................................................... 9

2.3.2 Transferência de calor.................................................................................... 9

2.3.3 Onda infravermelha ..................................................................................... 10

2.3.4 Lei da Radiação ............................................................................................ 11

2.3.5 Transferência de calor por radiação ........................................................... 14

2.4 TERMOGRAFIA ............................................................................................... 15

2.4.1 Características do termógrafo ..................................................................... 19

2.4.2 Configuração do termógrafo ....................................................................... 20

2.4.3 Termograma.................................................................................................. 22

xv

2.5 FATORES EXTERNOS .................................................................................... 25

2.6 IDENTIFICAÇÃO DE UMA ANOMALIA ...................................................... 28

2.6.1 MTA - Máxima Temperatura Admissível .................................................. 28

2.6.2 Histórico operacional ................................................................................... 30

2.6.3 Elemento similar adjacente ......................................................................... 30

2.6.4 Outros critérios ............................................................................................. 31

2.6.4.1 Critério NETA - National Electrical Testing Association ........................... 31

2.6.4.2 Critério da ‘fórmula-chave’ ......................................................................... 32

2.7 CLASSIFICAÇÃO DO AQUECIMENTO ........................................................ 33

2.8 ANOMALIAS EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS .......................................... 34

3 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO............................................................ 35

3.1 DIFERENÇA DE EMISSIVIDADE .................................................................. 35

3.2 TEMPERATURA APARENTE REFLETIDA .................................................. 37

3.2.1 Reflexões múltiplas ....................................................................................... 39

3.3 POSICIONAMENTO DO TERMÓGRAFO EM RELAÇÃO AO OBJETO DE

ESTUDO ........................................................................................................... 41

3.4 IMPACTO DA QUANTIDADE DE CARGA ................................................... 43

3.5 ANÁLISE DE CASO. ........................................................................................ 45

3.6 LIMITAÇÕES DA APLICAÇÃO DA TERMOGRAFIA ................................. 47

4 CONCLUSÃO .......................................................................................................... 53

4.1 SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS ..................................................... 54

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 55

1

1 INTRODUÇÃO

1.1 APRESENTAÇÃO

Para grandes empresas – tanto a indústria, quanto centros comerciais – a máxima

‘tempo é dinheiro’ é uma realidade tão palpável que os gastos com manutenção são vistos

como investimentos e não despesas. Todo equipamento está sujeito a apresentar

problemas, tanto devido ao mau uso, quanto simplesmente pelo seu desgaste natural.

Segundo NEMÉSIO SOUSA (2019a) “Manutenção é toda ação necessária para

que um item seja conservado ou restaurado, de modo a poder permanecer em

conformidade com uma condição especificada”. Desta forma, a manutenção pode ser de

dois tipos: preventiva ou corretiva. O primeiro caso é quando se tomam ações antes de

ocorrer algum defeito ou falha, com o objetivo de prevenir os seus acontecimentos. O

segundo, é quando, ocorrido o defeito ou falha, as medidas que devem ser tomadas para

reestabelecer a função dos equipamentos ou sistemas.

Assim como os sistemas mecânicos, as instalações elétricas também estão sujeitas

aos defeitos ou falhas que podem ir desde perdas por aquecimento até interrompimento

do fornecimento de energia. A não disponibilidade de energia elétrica pode acarretar na

interrupção de toda uma cadeia de produção, o que significaria uma grande perda

financeira.

A termografia é uma técnica utilizada na manutenção preventiva que tem por

objetivo identificar anomalias no sistema elétrico antes que estas evoluam. Durante a

inspeção termográfica é possível identificar o ponto de defeito, porém não é possível, de

imediato, identificar a origem do problema. Desta forma, é possível que as paradas sejam

programadas para correção, diminuindo a indisponibilidade de energia elétrica

ocasionadas por problemas internos.

1.2 PROPOSTA

Este trabalho visa apresentar a aplicabilidade da termografia na manutenção

preventiva de instalações elétricas industriais, elucidando suas vantagens e limitações.

2

Para tal, serão apresentados termogramas1 obtidos em campo, onde a análise termográfica

identificou anomalias que poderiam evoluir causando interrupção de energia localmente

– no caso de QGBT - Quadro Geral de Baixa Tensão, ou, em casos mais graves,

interrupção da energia de toda a planta, ou parte significativa dela – no caso de

transformadores.

1.3 MOTIVAÇÃO

A termografia é uma tecnologia relativamente nova – comparada aos demais

instrumentos utilizados na manutenção de equipamentos elétricos – cujos custos tem

decrescido nos últimos anos. Além disso, com o avanço da tecnologia, as câmeras

termográficas têm diminuído de tamanho facilitando o manuseio e ampliando sua

aplicabilidade. Atualmente é possível acoplar câmeras termográficas à drone2 e até

mesmo a aparelhos de celular.

Como método de manutenção preventiva, a termografia possui a vantagem de não

necessitar da interrupção do fornecimento de energia para que os componentes do sistema

sejam analisados, além de que é possível identificar anomalias ainda no começo - defeito

incipiente3. Apesar de toda facilidade e popularização da termografia é necessário ter um

maior conhecimento para análise dos termogramas obtidos em campo, visto que nem tudo

que brilha num termograma é um aquecimento, o que poderia levar a paradas

desnecessárias.

1.4 OBJETIVOS DO ESTUDO

Este trabalho tem como objetivo apresentar a teoria base da termografia através

de referencial bibliográfico e como utilizá-la como um recurso na manutenção preventiva

de instalações elétricas através de termogramas obtidos em campo, que serão utilizados

como exemplos.

1 Termogramas são as imagens formadas pelo padrão de calor que são registradas pela câmera

termográfica. Ver Seção 2.4.3. 2 Drone: avião não tripulado controlado remotamente por meios eletrônicos. 3 Defeito ou falha incipiente – este termo costuma ser usado para identificar o estágio inicial de

determinado processo ou ciclo, ou seja, algo que se encontra no estado de incipiência, porém já

em desenvolvimento.

3

1.5 RELEVÂNCIA DO ESTUDO

A queda do valor das câmeras termográficas fez com que a termografia fosse

difundida como método de manutenção preventiva, porém sua utilização em campo ainda

era confundida com a de um termômetro infravermelho4. Somado a isso, há poucas

literaturas publicadas sobre o tema, gerando erros na interpretação dos termogramas, o

que pode gerar paradas desnecessárias ou mesmo a não identificação de falhas.

Este trabalho visa apresentar os conceitos básicos da termografia e os principais

cuidados ao analisar os termogramas de maneira que a técnica possa ser utilizada de modo

a otimizar as rotinas de manutenção preventiva de plantas de instalação elétrica industrial,

difundindo o conhecimento hoje centralizado em especialistas de termografia.

1.6 LIMITAÇÕES DO ESTUDO

A termografia atualmente é utilizada em diversas áreas como, por exemplo, na

medicina, veterinária, militar, engenharia civil, entre outras. Neste trabalho será abordada

a teoria geral de termografia e seus fundamentos básicos, porém será dado enfoque na

utilização deste recurso em engenharia elétrica, mais especificamente em manutenção de

instalações e equipamentos elétricos industriais.

1.7 ORGANIZAÇÃO/DESCRIÇÃO DO TRABALHO

O trabalho foi organizado em 4 Capítulos, sendo apresentado, no primeiro a

introdução do tema, destacando-se: o objetivo, a motivação e relevância do estudo e a

metodologia de pesquisa.

O segundo Capítulo apresenta um referencial teórico com definições e conceitos

relacionados ao tema abordado neste trabalho, necessários ao seu entendimento e

compreensão realizados a partir de pesquisas bibliográficas.

4 Termômetro infravermelho, também conhecido como pirômetro, mede pontualmente a

temperatura, sem necessidade de contato com a superfície, através da radiação infravermelha

emitida por esta superfície.

4

No terceiro Capítulo o tema é desenvolvido através de exemplos práticos

elucidando as vantagens e limitações da técnica apresentada, a partir da análise de estudos

de casos.

No quarto e último Capítulo, são apresentadas a conclusão e as sugestões para

trabalhos futuros, seguido pelas Referências Bibliográficas.

1.8 METODOLOGIA DE PESQUISA

Esta Seção trata da metodologia e da abordagem científica adotada para o

desenvolvimento deste trabalho.

1.8.1 Classificação da pesquisa

Conforme Silva e Menezes (2005), as formas clássicas de classificação de uma

pesquisa são:

Do ponto de vista da sua natureza, pode ser:

Pesquisa Básica: Objetiva gerar conhecimentos úteis para o avanço

da ciência sem aplicação prática prevista.

Pesquisa Aplicada: Objetiva gerar conhecimentos para aplicação

prática dirigidos à solução de problemas específicos. Envolve

verdades e interesses locais.

Quanto a natureza, esta pesquisa pode ser considerada aplicada, visto sua

natureza prática que tem por objetivo analisar uma técnica já utilizada.

Do ponto de vista da abordagem do problema, pode ser:

Pesquisa Quantitativa: Considera que tudo pode ser quantificado, o

que significa traduzir em números opiniões e informações para

classificá-las e analisá-las.

Pesquisa Qualitativa: Considera que há uma relação dinâmica entre o

mundo real e o sujeito, isto é, um vínculo indissociável entre o mundo

5

objetivo e a subjetividade do sujeito que não pode ser traduzido em

números.

Para esta pesquisa foi utilizada a abordagem qualitativa, pois foi priorizado

avaliar a técnica e os critérios para utilizá-la.

Do ponto de vista dos procedimentos técnicos (Gil, 1991), a classificação

pode ser:

Pesquisa Bibliográfica: Quando elaborada a partir de material já

publicado, constituído principalmente de livros, artigos de periódicos e

atualmente com material disponibilizado na Internet.

Pesquisa Documental: Quando elaborada a partir de materiais que não

receberam tratamento analítico.

Pesquisa Experimental: Quando se determina um objeto de estudo,

selecionam-se as variáveis que seriam capazes de influenciá-lo,

definem-se as formas de controle e de observação dos efeitos que a

variável produz no objeto.

Levantamento: Quando a pesquisa envolve a interrogação direta das

pessoas cujo comportamento se deseja conhecer.

Estudo de Caso: Quando envolve o estudo profundo e exaustivo de um

ou poucos objetos de maneira que se permita o seu amplo e detalhado

conhecimento.

Pesquisa Ex Post Facto: Quando o experimento se realiza depois dos

fatos.

Pesquisa de Ação: Quando concebida e realizada em estreita

associação com uma ação ou com a resolução de um problema coletivo.

Os pesquisadores e participantes representativos da situação ou do

problema estão envolvidos de modo cooperativo ou participativo.

Pesquisa Participante: Quando se desenvolve a partir da interação

entre pesquisadores e membros das situações investigadas.

Do ponto de vista de procedimentos técnicos, este trabalho é considerado uma

pesquisa bibliográfica, porque foi elaborado com base em material já publicado.

6

Conforme Gil (1991), do posto de vista de seus objetivos, pode ser:

Pesquisa Exploratória: Visa proporcionar maior familiaridade com o

problema com vistas a torná-lo explícito ou a construir hipóteses.

Envolve levantamento bibliográfico; entrevistas com pessoas que

tiveram experiências práticas com o problema pesquisado; análise de

exemplos que estimulem a compreensão. Assume, em geral, as formas

de Pesquisas Bibliográficas e Estudos de Caso.

Pesquisa Descritiva: Visa descrever as características de determinada

população ou fenômeno ou o estabelecimento de relações entre

variáveis. Envolve o uso de técnicas padronizadas de coleta de dados:

questionário e observação sistemática. Assume, em geral, a forma de

Levantamento.

Pesquisa Explicativa: Visa identificar os fatores que determinam ou

contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Aprofunda o

conhecimento da realidade porque explica a razão, o ‘por que’ das

coisas. Quando realizada nas ciências naturais, requer o uso do método

experimental, e nas ciências sociais requer o uso do método

observacional. Assume, em geral, a formas de Pesquisa Experimental e

Pesquisa Ex Post Facto.

Quanto aos objetivos, a pesquisa deste TCC pode ser classificada como

exploratória, visto que é utilizada a pesquisa bibliográfica para explicar os conceitos

básicos da termografia e são apresentados casos reais para apresentar como estes

conceitos se comportam na prática.

7

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 MANUTENÇÃO EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS

2.1.1 Instalações elétricas industriais

Em sistemas elétricos de potência, normalmente utilizam-se os termos BT - Baixa

Tensão para valores abaixo de 1.000 V; MT - Média Tensão para valores entre 1.000 V e

36.200 V; AT - Alta Tensão para valores entre 36.200 V e 230.000 V; EAT ou EHV -

Extra-Alta Tensão para tensões entre 230.000 e 750.000 V; e UAT ou UHV – Ultra-Alta

Tensão para as tensões superiores a 750.000 V.

As instalações elétricas industriais se diferem das instalações residenciais por

receberem a energia da concessionária em MT, ou seja, entre 1 kV e 36,2 kV, conforme

a NBR 14039:2005.

Para tal é necessário que estas instalações possuam subestações para que a tensão

seja baixada e distribuída internamente para os circuitos da instalação.

De acordo com NEMÉSIO SOUSA (2019b), as subestações, normalmente, são

compostas pelos seguintes equipamentos: chaves secionadoras, transformadores e

disjuntores. Mas, dependendo da instalação, também podem ser encontrados

transformadores, banco de capacitores, para-raios e reatores, entre outros equipamentos.

2.1.2 Manutenção

Os equipamentos de uma subestação, no geral, são projetados para durar mais de

20 anos. Para que isto seja possível é necessário que estes equipamentos passem por

manutenções ao longo da sua vida útil. Segundo ABREU et al. (2012) “a manutenção é

o conjunto de todas as ações técnicas, administrativas e de gestão utilizadas no ciclo de

vida de uma máquina ou componente”. Estas medidas têm por objetivo aumentar a vida

útil dos equipamentos minimizando o desgaste e corrigindo os problemas por mau

funcionamento ou mau uso do equipamento, mitigando a ocorrência de defeitos e falhas

e aumentando a disponibilidade operacional.

A manutenção pode ser dividida em dois tipos: preventiva e corretiva. Segundo

NEMÉSIO SOUSA a manutenção corretiva é um conjunto de ações que visa

8

reestabelecer o sistema após uma falha. Já a manutenção preventiva é um conjunto de

ações que ocorrem de maneira periódica com o objetivo de coibir falhas. Esta ainda pode

ser dividida em três tipos: inspeção, sistemática e preditiva.

2.1.3 Defeitos

Como apresentado por NEMÉSIO SOUSA (2019a), o defeito é quando o

equipamento apresenta alguma anomalia, mas essa ainda não o tornou indisponível.

Quanto maior a gravidade do defeito menor é, potencialmente, o prazo para o

equipamento falhar.

2.1.4 Falhas

Conforme NEMÉSIO SOUSA (2019a), falha é quando a anomalia impede que o

equipamento (ou um componente) cumpra suas funções. Uma falha maior é quando o

equipamento perde uma ou mais funções fundamentais.

2.2 AQUECIMENTO EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

Em sistemas elétricos as perdas se dão principalmente por Efeito Joule5, de forma

que o aquecimento é proporcional ao quadrado da corrente. Por este mesmo fenômeno

também é possível verificar que quanto maior a resistência à passagem de corrente, maior

será o aquecimento.

Como explanado em SANTOS (2006), nas instalações elétricas frequentemente

são identificados casos de aquecimento por mau contato e por processos de corrosão –

comum quando há dois tipos de ligas metálicas em um mesmo contato e, com o passar do

tempo e o aumento da demanda, as perdas de potência por Efeito Joule vão se agravando.

5 Efeito Joule é uma lei física que expressa a relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que

percorre um condutor em determinado tempo. Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido

por uma corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica. Este

fenômeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao Físico Britânico James Prescott

Joule (1818-1889).

9

Essas perdas por aquecimento além de deteriorar os equipamentos, têm um impacto

financeiro imediato, visto que elas significam energia elétrica consumida.

2.3 RELAÇÃO ENTRE O INFRAVERMELHO E A TEMPERATURA

2.3.1 Temperatura e calor

Foi definido pelo físico William Thomson6 que a temperatura é a energia de

movimento dos átomos que compõem um corpo. Desta maneira qualquer objeto que

esteja a uma temperatura acima do zero absoluto ou 0 K, que equivale a -273,16 °C, terá

agitação entre seus átomos. Essa agitação gerará uma radiação emitindo ondas

infravermelhas. Quanto maior a temperatura do objeto, maior será a agitação dos seus

átomos o que acarreta numa maior emissão de radiação.

Já o calor é a energia transferida entre dois corpos até que o equilíbrio térmico

seja atingido. Por consequência, sempre que houver dois corpos com temperaturas

diferentes será possível observar um gradiente de temperatura devido a transferência de

calor entre eles.

2.3.2 Transferência de calor

Se dois ou mais corpos estão em temperaturas diferentes haverá entre eles uma

transferência de calor até que a temperatura dos corpos esteja em equilíbrio, sempre

ocorrendo do corpo mais quente para o corpo mais frio. A transferência de calor pode

ocorrer de três maneiras: convecção (normalmente entre fluidos), condução

(normalmente entre sólidos) e radiação (ITC, 2018).

Ainda de acordo com ITC (2018), a termografia consiste em captar a transferência

de calor por radiação entre o objeto e o ambiente. No termograma é possível identificar o

gradiente de temperatura gerado pela transferência de calor por condução e convecção.

6 William Thomson, mais conhecido como Lorde Kelvin, foi um físico-matemático e engenheiro

britânico (1824-1907) tendo sido o responsável pelo desenvolvimento da escala kelvin de

temperatura.

10

Com a identificação do sentido do fluxo de calor é possível localizar a origem do

aquecimento.

2.3.3 Onda infravermelha

VERATTI (1984) transcreve a definição física de que as ondas eletromagnéticas

são produzidas pela oscilação de um campo elétrico perpendicularmente a um campo

magnético. O autor lembra ainda que a distância entre duas cristas sucessivas é definida

como comprimento da onda. A Figura 2.1 apresenta como o espectro de uma onda

eletromagnética se divide de acordo com o comprimento de onda.

Figura 2.1 – Espectro Eletromagnético

Fonte: adaptado de ITC

Analisando a Figura 2.1, pode-se verificar que um comprimento de onda de 0,75

µm define o limite superior do espectro visível do vermelho e o limite inferior da onda

infravermelha. Já o comprimento de onda de 1.000 µm, que se mistura com as micro-

ondas, é considerado o limite superior da onda infravermelha.

O espectro do infravermelho se divide como indicado na Tabela 2.1.

11

Tabela 2.1 – Divisões do Espectro Eletromagnético

COMPRIMENTO DE

ONDA

(µm)

Visível 0,42 a 0,78

Infravermelho próximo 0,75 a 3

Infravermelho médio 3 a 6

Infravermelho distante 6 a 15

Infravermelho extremo 15 a 1.000

Fonte: Veratti (1984)

Para aplicação em termografia não é recomendada a medição através das ondas

compreendidas na faixa do infravermelho próximo por predominar, nessa parte do

espectro, a radiação refletida. Já a utilização do infravermelho extremo não é indicada por

essas ondas se misturarem com as micro-ondas. Nos comprimentos de onda classificados

como infravermelho médio e infravermelho distante prevalece a radiação própria, sendo,

desta forma, as faixas de comprimento de onda mais indicadas para termografia.

2.3.4 Lei da Radiação

Em 1860 Kirchoff7 demonstrou a lei que estabelecia a igualdade entre a

capacidade de um corpo em absorver e emitir energia radiante. Também definiu como

‘corpo negro’ um objeto que fosse capaz de absorver toda energia radiante que incidir

sobre ele, sendo desta forma um material com emissividade máxima. Ainda não foi

identificado na natureza nenhum objeto que possa ser classificado como corpo negro, em

laboratório é possível a reprodução de um corpo negro em condições específicas dentro

de um ambiente controlado.

7 Gustav Robert Kirchoff (1824-1887) foi um físico alemão que contribuiu para as áreas de

estudos em eletricidade, radiação térmica, espectroscopia e termoquímica.

12

A Lei de Stefan-Boltzmann8 define uma relação entre a energia irradiada e a

temperatura absoluta de um objeto em graus Kelvin. De acordo com VERATTI, esta

relação foi obtida através de medidas experimentais da energia irradiada por um corpo

negro e é apresentada na Equação (1)

W = S T4 (1)

Onde: W – energia irradiada (Watts/m²); S – constante de Stefan-Boltzmann (5,7 x 10-8

Watts/m² K4); T – temperatura absoluta (K).

A Lei de Planck9 relaciona não só a radiação com a temperatura, mas também

com o comprimento de onda. A distribuição espectral da energia irradiada por um corpo

negro, definida por Planck, é dada pela Equação (2) (SANTOS, 2006).

𝑊(λ , T) =2πh𝐶2

λ5[𝑒(

ℎ𝑐

λ𝑘𝑇)

−1]

* 10-6 (2)

Onde: W – energia irradiada (Watts/m²); h – constante de Planck = 6,626 x 10-34 (J∙ 𝑠); c

– velocidade da luz no vácuo = 2,99792458 x 108 (𝑚 ∙ s-1); λ – comprimento de onda (m);

T – temperatura absoluta (K); k – constante de Boltzmann = 1,380658 x 10-23 (𝐽 ∙ K-1).

Através da lei de Planck é possível obter a temperatura exata de um corpo a partir

da medição da energia irradiada pela Equação (3), conforme SANTOS.

T =𝐶2

ln(𝑐1+ λ5𝑊(λ,T))

λ

(λ5 𝑊(λ,T)λ

(3)

Onde: C1 = 3,741832 x 104 (𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 ∙ cm-2 ∙ µm4); C2 = 14387,86 x 104 (K ∙ µm).

8 Lei de Stefan-Boltzmann foi elaborada baseada nos experimentos do físico-matemático

austríaco Jozef Stefan (1835-1893) e preparada teoricamente pelo físico austríaco Ludwig

Boltzmann (1844-1906). 9 Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) físico alemão e Nobel de Física em 1918 pelos

estudos na área de física quântica.

13

Estas equações, porém, só são válidas para corpos negros. Para obter a radiação

de um corpo real é necessário conhecer a sua emissividade10 (𝜀). De acordo com ITC

(2018) a emissividade é a relação entre a quantidade de radiação emitida por um corpo

negro e a quantidade de radiação emitida pela superfície de um corpo real à mesma

temperatura. Esta relação é dada pela Equação (4)

𝜀 =

𝑊𝑅𝐵

𝑊𝐵𝐵 (4)

Onde: WBB – energia irradiada por um corpo negro (Watts/m²); WRB – energia irradiada

por um corpo real (Watts/m²); 𝜀 – emissividade.

O valor da emissividade de um corpo sempre terá valores entre zero e 1, sendo

1 quando este for um corpo negro – dado que o corpo negro é definido como um corpo

que emite/absorve toda a radiação – e zero quando a temperatura for 0 K – dado que no

zero absoluto não há movimento dos átomos que compõem o objeto. Na Tabela 2.2 são

apresentados alguns valores de emissividade para materiais normalmente encontrados em

instalações elétricas. Analisando a lista apresentada na Tabela 2.2, verifica-se que não só

o material influencia na emissividade, mas também o estado de sua superfície. Logo

características como sujeira, corrosão, composição e textura irão influenciar na

emissividade do material.

Tabela 2.2 – Emissividade de materiais comuns em instalações elétricas

MATERIAL EMISSIVIDADE

Alumínio e suas ligas – polido 0,09

Alumínio e suas ligas – ligeiramente oxidado ou pintado 0,24 a 0,35

Alumínio e suas ligas – severamente oxidado ou com

pasta anti-óxido 0,67 a 0,95

Cobre e suas ligas – polido 0,05

Cobre e suas ligas – ligeiramente oxidado ou pintado 0,39 a 0,50

10 Emissividade de um material, propriedade representada pela letra e ou ε, diz respeito a

capacidade de emissão de energia por radiação da sua superfície - é a medida de sua eficácia na

emissão de energia como radiação térmica. Todos os corpos a temperatura superior a zero Kelvin

possuem a capacidade de emitir energia eletromagnética. Emissividade pode ser um valor de 0

(refletida por um espelho) até 1,0 (corpo negro ideal ou perfeito - teórico).

Muitos materiais orgânicos, revestidos ou superfícies oxidadas podem ter valores

de emissividade próximos de 0,95.

14

MATERIAL EMISSIVIDADE

Cobre e suas ligas – severamente oxidado ou com pasta

anti-óxido 0,78 a 0,95

Aço – polido 0,07

Aço – ligeiramente oxidado ou pintado 0,52 a 0,60

Aço – severamente oxidado ou com pasta anti-óxido 0,82 a 0,94

Porcelana – limpa 0,15

Porcelana – com poeira 0,95

Borracha – limpa 0,86

Borracha – com poeira 0,95

Fonte: Veratti (1984)

O termovisor mede toda a energia da onda infravermelha que incide em sua lente

convertendo-a em sinais eletrônicos e, através das equações relacionadas, transforma a

informação da radiação infravermelha medida em valores de temperatura.

2.3.5 Transferência de calor por radiação

De acordo com ITC ao realizar a troca de calor através da radiação, um corpo pode

emitir, absorver, refletir ou simplesmente transmitir essa radiação. Como toda molécula

com temperatura acima do zero absoluto irá emitir energia por radiação, essa energia

incidente no corpo em estudo será a soma de toda radiação do entorno deste corpo que

incide sobre ele.

Esta energia incidente pode se dividir em três parcelas: parte pode ser absorvida

pelo corpo – ficando retida; parte pode ser refletida; e parte da energia pode ser

transmitida pelo corpo. A soma destas parcelas de energia deverá ser 100% da energia

incidente.

Analisando a energia total emitida por um corpo, pode-se considerar que ela

também tem três parcelas: a radiação própria – que é emitida pelo objeto em estudo; a

radiação refletida pelo objeto; e a radiação transmitida pelo elemento. O total destas 3

partes de energia deverá somar 100% da energia de saída do objeto.

Respeitando as leis da física de conservação de energia, pode-se realizar a

afirmação da Equação (5).

15

We + Wr + Wt = Wa + Wr + Wt = WRB (5)

Onde: We – energia emitida; Wr – energia refletida; Wt – energia transmitida; Wa - energia

absorvida; WRB – energia irradiada por um corpo real.

Como definido na Seção 2.3.4, um corpo negro absorve toda a energia de

radiação que incide sobre ele, logo as parcelas de energia refletida e transmitida de um

corpo negro são nulas. De forma que se pode observar que a capacidade de um objeto de

absorver a energia de radiação incidente e de emitir energia de radiação própria é igual,

como apresentado na Equação (6).

We = Wa (6)

Em 2.3.4 também foi definido que a capacidade de um corpo real de emitir

energia própria está ligada à sua emissividade, de maneira que materiais de baixa

emissividade perdem menos calor na forma de radiação. Logo, estes corpos terão as

parcelas de transmissão e reflexão mais altas.

2.4 TERMOGRAFIA

A termografia consiste na medição da energia total de radiação emitida pelo

objeto. Logo, está relacionada ao modo de transferência de calor por radiação. Segundo

o ITC, a maioria dos alvos de uma análise termográfica tem a parcela de

transmissividade11 nula, sendo então a energia total de radiação composta somente pelas

parcelas de energia emitida e refletida, como apresentado na Figura 2.2.

11 Transmissividade é a capacidade de um corpo de transmitir energia infravermelha. Está

relacionada à energia transmitida (Wt) pelo corpo.

16

Figura 2.2 – Radiação total medida em termografia

Fonte: adaptado de ITC (2018)

O instrumento utilizado para realizar a análise termográfica é denominado

termógrafo ou termovisor. De acordo com VERATTI, este instrumento capta a radiação

infravermelha e a transforma em uma informação térmica. Este processo se dá através da

captação das ondas infravermelhas pelo sistema de lentes do termógrafo e a

transformação dessas ondas em sinais elétricos através de sensores. As lentes que

compõem o termógrafo devem ser compostas por materiais que possuam baixa parcelas

de absorção e reflexão do infravermelho, para que as ondas atinjam os sensores com a

menor interferência possível.

Figura 2.3 – Diagrama básico da conversão da radiação infravermelha em imagem

térmica

Fonte: SANTOS (2006)

17

Como abordado por ITC (2018), o que é medido pelo termógrafo é a radiação

incidente no instrumento ao apontá-lo para um objeto, e não diretamente a sua

temperatura. Desta maneira, a radiação medida está relacionada a temperatura aparente

da superfície do objeto, sendo ainda necessária a informação da emissividade do material

da superfície para que seja possível a correta conversão dos valores de radiação em

temperatura. Além disso, SANTOS ressalta que a radiação incidente no instrumento é

composta tanto pela energia de radiação própria do objeto, quanto pela energia de

radiação por ele refletida, o que ressalta a interferência de outras fontes de radiação no

meio em que o objeto em estudo está inserido.

Desta maneira, as informações obtidas com o termógrafo podem ser qualitativas

ou quantitativas. Isso porque, caso não se saiba as informações como a emissividade do

material, por exemplo, a temperatura informada pelo termógrafo não será condizente com

a temperatura real do objeto. Porém, a medição pode ser utilizada para comparar a

temperatura do componente com a temperatura dos componentes similares adjacentes em

mesma condição operacional.

Além da emissividade, segundo SANTOS, a informação de temperatura gerada

pelo termógrafo sofre com a interferência de outros fatores como a carga, a umidade, a

radiação solar, a temperatura ambiente, vento, entre outros. Além destes aspectos, a

distância entre o inspetor termografista e o objeto que está sendo medido, também é um

fator de interferência devido a atenuação que a onda infravermelha sofre pela atmosfera

ao percorrer tal distância.

Esta atenuação também ocorre sempre que há um obstáculo entre o termógrafo e

o objeto sob inspeção. Mesmo que o obstáculo seja transparente visualmente, como vidros

e acrílicos, eles se comportam como um filtro para onda infravermelha devido a sua baixa

parcela de transmissividade. Por isso, em muitos locais é necessária a instalação de janelas

de inspeção infravermelha específicas para a termografia, como as apresentadas na Seção

3.6. Como a transmissividade deste tipo de janela é conhecida, se torna possível que o

sistema de conversão da informação de radiação para informação de temperatura já corrija

o valor considerando a parcela de energia transmitida pela janela de inspeção.

18

De acordo com ITC, em campo só há dois parâmetros que não podem ser alterados

posteriormente no software de análise e diagnóstico: o foco e o enquadramento da

imagem do objeto em estudo. Portanto, é importante registrar os parâmetros de

emissividade do material, temperatura ambiente, umidade relativa do ar e

transmissividade do meio – este último em caso de haver uma janela de inspeção – para

que durante a análise do termograma no software estes parâmetros possam ser

devidamente inseridos para uma conversão mais confiável do infravermelho em

temperatura.

Segundo VERATTI (1984) a termografia começou a ter seu uso mais difundido a

partir da segunda guerra mundial, e, ainda hoje, o acesso que temos a essa tecnologia são

a liberação dos dados acumulados de pesquisas militares. De acordo com o autor o sistema

de detecção do termógrafo é tridimensional, varrendo as dimensões: área (X, Y) e a

intensidade de infravermelho. Para ficar evidente a quantidade de dados processados pelo

termógrafo na conversão do infravermelho medido em um mapa de temperatura, ou

termograma, serão apresentados alguns dos passos que deveriam ser executados se um

usuário quisesse medir a onda infravermelha e calcular, utilizando métodos

computacionais, a temperatura dos objetos inspecionados.

A primeira informação necessária são os valores de referência de medidas

realizadas em corpos negros, pois as Equações 1, 2 e 3, que realizam a conversão da

informação infravermelha em temperatura, são válidas para corpos negros. Com os

valores de infravermelho medidos, devem ser consideradas as informações de distância e

de umidade relativa do ar para calcular a atenuação do infravermelho devido à atmosfera.

Também deverão ser consideradas a temperatura ambiente e a presença de corpos

que irradiam uma grande quantidade de infravermelho ao redor do objeto inspecionado,

para calcular o valor da parcela de infravermelho refletido. As parcelas do infravermelho

refletido e da energia emitida pelo objeto inspecionado, dependem da informação de

emissividade do material que compõe a superfície do objeto. Finalmente a imagem

térmica é gerada a partir da associação dos valores calculados de temperatura de cada

pixel a uma escala de cor, que associará a cada valor de temperatura a uma cor.

Os termógrafos atuais apresentam grande precisão na conversão do infravermelho

medido em valores de temperatura. Apesar de ser possível obter os valores de temperatura

através de métodos computacionais, esta medida se opõe a uma das vantagens da

termografia que é, ainda em campo, obter visualmente os pontos que apresentam

anomalia na instalação de maneira rápida e eficaz.

19

2.4.1 Características do termógrafo

A escolha do termógrafo para realizar as medições depende, segundo SANTOS,

do componente que será inspecionado e do local onde ele está inserido. Com estas

informações deverá ser escolhido um termógrafo cuja faixa de temperatura12 contenha a

temperatura ambiente do local e a temperatura normal de funcionamento do objeto, com

margem para detectar as anomalias, caso existam.

As distâncias envolvidas nas medições também são importantes para que seja

possível respeitar a distância mínima, definida pela distância mínima de foco, e a distância

máxima, que é limitada pelo IFOV (determinado na Equação 7), sem perder a capacidade

de obter a informação térmica necessária. De acordo com SANTOS a resolução espacial

é “o menor detalhe de imagem que pode ser percebido”. Esta característica depende do

tamanho do detector e do arranjo ótico do sistema, como apresentado na Figura 2.4.

Figura 2.4 – Características do termógrafo para definição da resolução espacial

Fonte: SANTOS

12 Faixa de temperatura é uma característica de fábrica do termógrafo que determina a temperatura

mínima e a temperatura máxima que o termógrafo é capaz de medir.

20

O IFOV - Instantaneous Field of View, ou Campo de Visão Instantâneo em

português, é a projeção de um pixel do sensor projetado na superfície inspecionada, como

representado graficamente na Figura 2.4. O FOV - Field of View, ou Campo de Visão em

português, é definido pela soma dos IFOV, ou seja, é toda a área que será captada pelo

termógrafo e convertida em termograma. Tanto o IFOV quanto o FOV são medidos em

radianos, sendo normalmente o FOV fornecido pelo fabricante do termógrafo. A relação

entre o IFOV e o FOV é apresentada na Equação (7).

𝐼𝐹𝑂𝑉 =

𝐹𝑂𝑉

𝑃𝑖𝑥 (7)

Onde: IFOV – campo de visão instantâneo (rad); FOV – campo de visão (rad); Pix –

quantidade de pixels, normalmente informada pelo fabricante.

Para identificar a distância máxima sem perder informação térmica entre o

inspetor termografista e o objeto que está sendo inspecionado é utilizada a Equação (8).

𝐷𝑖𝑠𝑡𝑑 =

D

𝐼𝐹𝑂𝑉 (8)

Onde: Distd – distância máxima entre o objeto inspecionado e o termografista (m); D –

tamanho do objeto inspecionado (m).

Caso a distância de inspeção seja maior do que Distd o objeto inspecionado será

menor que a menor região que o termógrafo consegue medir, desta maneira o resultado

fornecido não será a temperatura do objeto e sim a média da temperatura de toda a área

englobada pelo IFOV.

2.4.2 Configuração do termógrafo

Ao utilizar o termógrafo é necessário que o usuário defina alguns parâmetros para

que a temperatura do objeto seja corretamente calculada. Estes parâmetros são:

temperatura ambiente, umidade relativa do ar, distância entre o termógrafo e o objeto,

temperatura refletida, emissividade e transmissividade.

21

O valor de transmissividade só deverá ser inserida caso a inspeção seja realizada

através de uma janela de inspeção, cujo valor deve ser definido pelo fabricante da janela.

Já para obter os valores da temperatura ambiente e da umidade relativa do ar o

termografista deve utilizar um termo higrômetro13 e anotar os valores sempre que for

registrar um termograma.

Existem alguns testes para obter o valor exato da emissividade de um material,

porém é inviável realizar estes ensaios durante uma inspeção termográfica de rotina.

Como apresentado por VERATTI na Tabela 2.2, é possível dividir os componentes pelo

material que o compõe e estimar a sua emissividade – para obter o valor correto é

necessário um teste de emissividade individual de cada equipamento.

Ao atribuir um valor de emissividade para o material é importante estar ciente de

como se comporta a curva de emissividade. As curvas da Figura 2.5 representam a

variação do valor de temperatura apresentada pelo termógrafo de acordo com o valor

emissividade definida pelo termografista. A curva em azul representa esta variação para

objetos que se encontram abaixo da temperatura ambiente. Já a curva em vermelho,

apresenta o comportamento para objetos acima da temperatura ambiente.

Os materiais elétricos, quando em funcionamento, operam acima da temperatura

ambiente, de maneira que, para este caso só é relevante a avaliação do comportamento da

curva em vermelho. A curva ocupa os dois quadrantes superiores do gráfico.

No quadrante a esquerda: a emissividade atribuída ao material é menor que

a emissividade real e a temperatura apresentada no termograma é maior que

a temperatura real.

No quadrante a direita: a emissividade atribuída ao material é maior que a

emissividade real e a temperatura apresentada no termograma é menor que

a temperatura real.

No exemplo apresentado na Figura 2.5, em ambos os casos, a emissividade correta

é 0,8, eixo sobre o qual está determinada a temperatura real (Treal) do objeto.

13 Termo higrômetro é um dispositivo que permite a medição da temperatura ambiente e da

umidade relativa do ar.

22

Figura 2.5 – Gráfico de emissividade

Fonte: ITC

A partir da Tabela 2.2 é possível ter uma referência da emissividade de cada

material. Porém devido a inviabilidade de obter a emissividade do material com precisão,

é importante ter ciência qual o comportamento da curva de temperatura associada a

imprecisão do valor de emissividade.

2.4.3 Termograma

O termograma é a imagem gerada pelo termógrafo. Nele é apresentada a

distribuição de temperatura de acordo com a radiação infravermelha medida pelo

termógrafo e as informações de temperatura ambiente, umidade relativa, distância entre

o termógrafo e o objeto e a emissividade informada pelo termografista.

A relação entre o valor da temperatura e a cor é definida pela amplitude da escala,

que pode ser alterada pelo termografista e tem os valores identificados na barra à direita

do termograma, que define a escala de cores de acordo com a temperatura. A escolha da

amplitude interfere no que será ressaltado em determinado termograma e em como o

gradiente de temperatura irá se apresentar. A Figura 2.6 ilustra qual o impacto visual que

há na definição da amplitude pelo termografista.

23

(a)

(b)

Figura 2. 6 – Mesmo termograma apresentado com diferentes amplitudes de escala: (a)

entre 15 e 70 ºC; (b) entre 22 e 65 ºC

Fonte: acervo da autora

Além da distribuição de temperatura, o termograma pode trazer a informação de

temperatura máxima, mínima e média de áreas específicas, a serem definidos pelo

termografista no software de análise, como apresentado na Figura 2.7. Também é possível

avaliar o gradiente térmico de uma superfície, como mostrado nas Figuras 2.8a e 2.8b.

24

Figura 2. 7 – Medida de temperatura máxima, mínima e média da área Bx1


(a)

(b)

Figura 2. 8 – Medida do gradiente térmico da reta Li1: (a) imagem térmica; (b)

gradiente de temperatura


25

O termografista também pode destacar determinadas faixas de temperaturas

utilizando o recurso da isoterma, que consiste em destacar com uma única cor todas as

áreas que estiverem na temperatura definida pela isoterma.

(a)

(b)

Figura 2. 9 – Termograma com temperatura de isoterma entre: (a) 50 e 60 ºC; (b) 65 e

68 ºC


2.5 FATORES EXTERNOS

NEMÉSIO SOUSA (2019a) esclarece que alguns fatores como a carga e o vento

podem interferir na medição da temperatura através da termografia. A quantidade de

carga, como explicado na Seção 2.2, impacta diretamente no aquecimento do sistema.

Quando o sistema não está operando a plena carga, é necessário corrigir a

temperatura através do fator de correção de carga (Fcc), conforme a Equação (9).

26

𝐹𝑐𝑐 = (

𝐼𝑛

𝐼𝑚) ² (9)

Onde: Fcc – fator de correção de carga; In – carga nominal (A); Im – carga no momento

da medição (A)

A temperatura corrigida será dada pela Equação (10).

Tc = Tm x Fcc (10)

Onde: Tc – temperatura corrigida (ºC); Tm – temperatura medida (ºC); Fcc – fator de

correção de carga.

Como muitas subestações possuem ventilação forçada, o vento auxilia na

dissipação do calor, o que é benéfico para vida útil dos equipamentos da instalação, mas

que pode distorcer as temperaturas medidas pelo termógrafo. Em termografias realizadas

em instalações desabrigadas só é considerado confiável o resultado para medições em que

a velocidade do vento seja de até 7 m/s. Para compensar a amenização da temperatura

pela corrente de ar é utilizado o fator de correção de vento (Fcv). A Tabela 2.3 apresenta

os valores de Fcv que devem ser utilizados, de acordo com a velocidade do vento.

Tabela 2.3 – Fator de correção da temperatura pela velocidade do vento

VELOCIDADE DO

VENTO (m/s) FCV

1 1,00

2 1,37

3 1,64

4 1,86

5 2,06

6 2,23

7 2,39

Fonte: NEMÉSIO SOUSA (2019a)

A temperatura corrigida será dada pela Equação (11).

27

Tc = Tm x Fcv (11)

Onde: Tc – temperatura corrigida (ºC); Tm – temperatura medida (ºC); Fcv – fator

de correção de vento.

Na Tabela 2.4, é possível determinar, a partir da observação do ambiente,

qual a velocidade aproximada do vento, para ser possível atribuir o fator de

correção de vento correto.

Tabela 2.4 – Velocidade do vento pelo comportamento do ambiente

VELOCIDADE DO

VENTO (m/s) EFEITO OBSERVÁVEL

0 – 0,5 A fumaça do cigarro sobe verticalmente.

0,5 – 1 A fumaça do cigarro apenas indica a direção do ar.

1 – 3 O vento é sentido no rosto. Movem-se as folhas e agitam-se

as bandeiras.

3 – 5 Folhas e ramos em movimentos constantes. Estendem-se as

bandeiras.

4 – 8 Arrasta a terra e ramos. Trepidam as bandeiras.

Fonte: NEMÉSIO SOUSA (2019a)

Quando a carga é diferente da nominal e a velocidade do vento é maior que 1 m/s

é possível corrigir a temperatura através de Equação (12).

Tc = Tm x Fcc x Fcv (12)

Onde: Tc – temperatura corrigida (ºC); Tm – temperatura medida (ºC); Fcc – fator

de correção de carga; Fcv – fator de correção de vento.

Aplicando cada um dos fatores de correção, a temperatura corrigida será maior

que a temperatura medida. Por exemplo, no caso de uma carga de 80% do valor nominal,

o Fcc será de aproximadamente 1,56. Logo, a temperatura corrigida será 56% maior que

a temperatura medida. Se no momento da medição houver um vento capaz de mover

folhas, pode-se atribuir um Fcv de 1,37. Numa inspeção termográfica em que estes dois

fatores estejam presentes – 80% da carga nominal e um vento leve, mas capaz de mover

folhas –, pela Equação 12 a temperatura corrigida será maior que o dobro da temperatura

medida. A importância dos fatores de correção pode ser tal que a temperatura medida

28

poderia não ser classificada como aquecimento, mas ao corrigi-la pode ser identificada

uma anomalia.

2.6 IDENTIFICAÇÃO DE UMA ANOMALIA

De acordo com a NBR 15866 uma anomalia pode ser classificada através dos

seguintes critérios:

Valor estabelecido pelo fabricante nas condições nominais de operação - MTA

Valor estabelecido pelo usuário final com base no histórico operacional

Comparar com um elemento similar adjacente

Critérios definidos pelo responsável técnico da análise termográfica

2.6.1 MTA - Máxima Temperatura Admissível

Ao optar pelo ‘valor estabelecido pelo fabricante nas condições nominais de

operação’ o termografista está trabalhando com o critério de Máxima Temperatura

Admissível (MTA). Porém muitas vezes o fabricante não fornece este valor, sendo

necessário recorrer às referências de MTA da literatura pertinente. A Tabela 2.5 é um

exemplo de valores de MTA normatizados que são admitidos em componentes de

instalações elétricas.

Tabela 2.5 – Critério MTA - Máxima Temperatura Admissível

COMPONENTE ELÉTRICO MTA (ºC)

Condutor encapado (isolação de cloreto de polivinila (PVC)) 70

Condutor encapado (isolação de borracha etileno propileno (EPR)) 90

Condutor encapado (isolação de polietileno reticulado (XLPE)) 90

Régua de bornes 70

Conexões mediante parafusos de aperto 70

Conexões e barramentos de baixa tensão 90

Conexões recobertas com prata ou níquel (contatores) 90

29

COMPONENTE ELÉTRICO MTA (ºC)

Corpo de fusíveis 100

Transformador à óleo, ponto mais quente (núcleo) 80

Transformador a óleo 65

Transformador a seco, classe de isolação 105 65




Contatos de disjuntor motor 80 + TA14

Contatos de disjuntores termomagnéticos 60 + TA

Contatos e articulações de secionadoras 100

Fonte: CCPG Engenharia

O MTA é a temperatura máxima de trabalho especificada por material e

componente. Segundo VERATTI além dela é necessário avaliar o Máximo Aquecimento

Admissível (MAA), que consiste no máximo de aquecimento admitido pelo material do

componente avaliado. O MAA é calculado em função do MTA, como apresentado na

Equação 13, sendo uma característica de projeto que deve ser informada pelo fabricante.

MAA = MTA – TA (13)

Onde: MAA – Máximo Aquecimento Admissível (ºC); MTA – Máxima Temperatura

Admissível (ºC); TA – Temperatura Ambiente (ºC).

A partir deste critério, uma intervenção imediata deve ser realizada quando a

temperatura corrigida estiver elevada em 50% ou mais, além do máximo aquecimento

admissível. Caso a temperatura corrigida esteja acima do MAA, porém com elevação

menor que 50% do máximo aquecimento admissível é caracterizado como anomalia,

porém a intervenção pode ser agendada de acordo com o Critério Flexível de

Classificação de Aquecimentos (CFCA) apresentado na Tabela 2.6.

14 TA – Temperatura Ambiente

30

Tabela 2.6 – CFCA - Critério Flexível de Classificação de Aquecimentos

Comparação Tc x MAA Diagnóstico Ação

1,2 MAA ≤ Tc Falha Iminente Crítico

0,9 MAA ≤ Tc < 1,2 MAA Falha Certa Intervenção Imediata

0,6 MAA ≤ Tc < 0,9 MAA Falha Provável Intervenção Programada

0,3 MAA ≤ Tc < 0,6 MAA Suspeita de Falha Observação

Tc < 0,3 MAA Normal Normal

Fonte: VERATTI (1992) apud NEMÉSIO SOUSA (2020)

Além da informação do fabricante, alguns equipamentos possuem normas

específicas que determinam quais as condições que são consideradas normais de

funcionamento. De acordo com NEMÉSIO SOUSA (2020), por exemplo, no caso de

disjuntores a NBR 7118 define qual a elevação máxima de temperatura dos contatos de

acordo com o material que o compõe.

2.6.2 Histórico operacional

Ao trabalhar com o ‘valor estabelecido pelo usuário final com base no histórico

operacional’ é necessário que o responsável pela instalação elétrica já tenha realizado

inspeções termográficas com uma certa periodicidade e que, a partir dos dados obtidos

nas inspeções termográficas, tenha definido uma curva de tendência da temperatura de

operação considerada normal dos equipamentos. Desta forma, ao realizar a inspeção

termográfica é possível avaliar se as temperaturas do termograma estão de acordo com os

valores esperados para o equipamento avaliado.

2.6.3 Elemento similar adjacente

Utilizando o critério de ‘comparar com o elemento similar adjacente’ é necessário

garantir que os elementos estejam operando sob o mesmo regime de carga – o que nem

sempre ocorre em circuitos monofásicos. Ao utilizar este critério o inspetor termografista

deve avaliar se o elemento utilizado como referência não possui anomalias. Por exemplo,

31

se uma conexão está submetida a vibrações, ela pode afrouxar, se as 3 fases estiverem

necessitando de aperto, somente comparando os elementos similares não será possível

identificar a anomalia.

2.6.4 Outros critérios

Quando é necessário utilizar ‘critérios próprios’ é comum que o inspetor

termografista recorra a alguns critérios estabelecidos por algumas organizações

reconhecidas. Há diversos critérios aceitos e o inspetor termografista deverá escolher o

critério de acordo com a sua experiência e com o histórico do equipamento.

2.6.4.1 Critério NETA - National Electrical Testing Association

Na Tabela 2.7, por exemplo, são critérios apresentados pela Infraspection Institute e

se baseiam na diferença de temperatura (Delta T). Esta tabela considera não somente o

critério de comparação entre elementos similares como também o aquecimento do

elemento em si, ao compará-lo com a temperatura ambiente.

Tabela 2.7 – Critério Delta T para equipamentos elétricos de acordo com a NETA15

Maintenance Testing Specifications

Prioridade

Delta T entre

Elementos Similares

Sob Mesmo Regime

de Carga (ºC)

Delta T entre o

Elemento e a

Temperatura

Ambiente – Alta

Tensão (ºC)

Delta T entre o

Elemento e a

Temperatura

Ambiente – Baixa

Tensão (ºC)

4 1 a 3 1 a 10 1 a 10

3 4 a 15 11 a 20 11 a 20

2 ------------- 21 a 40 21 a 30

1 > 15 > 40 > 30

Fonte: adaptado de Standart for Infrared Inspection of Eletrical Systems &

Rotating Equipament

15 NETA - National Electrical Testing Association, é uma associação comercial dedicada a

melhorar os padrões de testes elétricos nos Estados Unidos e a compartilhar esses padrões

internacionalmente. A NETA é credenciada pela ANSI - American National Standards Institute

como uma entidade que desenvolve padrões.

32

2.6.4.2 Critério da ‘fórmula-chave’

Segundo GILL (2008) muitas organizações definem padrões de temperatura para

decidir se há ou não anomalia nas instalações elétricas. Porém estes padrões são definidos

em ensaios com 100% da carga e em uma temperatura ambiente padronizada para a

realização dos testes, sendo que raramente os sistemas elétricos operam em 100% de

carga além de trabalharem sob uma temperatura ambiente diferente da padronizada.

Para corrigir estas premissas GILL se utiliza do que é chamado de ‘fórmula-chave’,

que considera a variação da carga no sistema e a variação da temperatura ambiente, para

calcular qual a máxima temperatura admissível do componente nestas condições. A

Equação (14) apresenta a fórmula de GILL.

Ttc = (MTA – Tan)*(Im/In)n + TA (14)

Onde: Ttc – Temperatura total admissível, corrigida para medição de carga e temperatura

ambiente (ºC); MTA – Máxima Temperatura Admissível (ºC); Tan – Temperatura

ambiente nominal (ºC); Im – Corrente no momento da medição (A); In – Corrente

nominal (A); n – expoente, varia de 1,6 a 2,0 (normalmente é utilizado o valor médio de

1,8); TA – temperatura ambiente (ºC).

Este método, diferentemente dos apresentados anteriormente, necessita do

conhecimento da temperatura ambiente nominal que foi considerada para definição do

MTA pelo fabricante. Com o valor calculado da temperatura total admissível o

termografista irá comparar com o valor obtido no termograma. Caso o valor medido seja

maior que o Ttc o equipamento aquecido é considerado com anomalia e uma intervenção

deve ser programada de acordo com o nível de criticidade – como os utilizados nas

Tabelas 2.6 e 2.7 – e com o nível de importância do equipamento para o sistema – como

apresentado no Quadro 2.1.

O critério da ‘fórmula-chave’ abordado por GILL é, quase sempre, mais conservador

que o critério apresentado. Consequentemente este método identifica uma anomalia

antes que ela possa ser classificada como anormalidade pelo outro método. Em outras

palavras, o sistema baseado em padrões quase sempre irá identificar um problema antes

do critério .

33

2.7 CLASSIFICAÇÃO DO AQUECIMENTO

A identificação dos pontos mais aquecidos é importante para detectar as anomalias

do sistema, porém para definir o grau de urgência para intervenção é necessário classificar

o aquecimento dentro de uma matriz de priorização. Desta maneira, será possível

determinar se é necessária uma intervenção imediata, se é possível programar uma parada

para intervenção, ou se é aceitável aguardar até a próxima parada já agendada para realizar

a intervenção. Nos dois últimos casos é importante ter uma rotina para acompanhar a

evolução do aquecimento durante o tempo de espera.

Além do quão aquecido está o componente é importante levar em consideração o

risco à segurança humana e à integridade do patrimônio, além do impacto da não

disponibilidade do equipamento que está apresentando aquecimento. Isto é, caso o

aquecimento evolua muito rápido e o equipamento fique indisponível qual será o impacto

no sistema e na produção. Para isso é necessário ponderar a confiabilidade16 da medida e

acompanhar de maneira mais próxima a curva de tendência da temperatura do

equipamento.

Desta maneira, após identificar o aquecimento, através de um dos critérios da

Seção 2.5, e considerando a correções de temperatura, apresentadas na Seção 2.6, para

auxiliar no tipo de intervenção e no prazo para a sua realização é possível utilizar uma

matriz como a apresentada no Quadro 2.1.

Quadro 2.1 – Matriz de priorização

PROBABILIDADE DE FALHA

BAIXA MÉDIA ALTA

CONSE-

QUÊNCIAS

BAIXA Reparo normal

Programação

acelerada para

reparo

Reparar na

próxima parada

do equipamento

MÉDIA

Programação

acelerada para

reparo

Reparar na próxima

parada do

equipamento

Reparar o mais

rápido possível

ALTA

Reparar na

próxima parada

do equipamento

Reparar o mais

rápido possível

Remover de

serviço ASAP 17

Fonte: Manual do Curso ITC Thermografia Nível 1

16 A confiabilidade é a probabilidade de o equipamento desempenhar, sob condições específicas,

sua função de forma adequada. 17 ASAP - As Soon as Possible. Em tradução livre: assim que possível.

34

2.8 ANOMALIAS EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

Como apresentado por SOUZA et al. (2014) existem anomalias que são mais

comuns de serem identificas em determinados equipamentos elétricos. Estas anomalias

são apresentadas no Quadro 2.2. O inspetor termografista deve estar atento a estes pontos,

pois estas anomalias são frequentemente encontradas em campo.

Quadro 2.2 – Anomalias mais comuns por equipamento

EQUIPAMENTO ANOMALIAS

Cabo condutor e suas

conexões

Seção reduzida para a intensidade de corrente.

Em circuitos trifásicos: má distribuição de carga entre as fases.

Condutor próximo à fonte de calor intensa.

Aquecimento gerado por agrupamento – comum em cabos enrolados.

Folga nas emendas.

Terminais de materiais diferentes.

Condutor com problemas de isolamento.

Disjuntor de Baixa

Tensão

Contatos internos com defeito.

Folga nos contatos.

Subdimensionado em relação a intensidade de corrente.

Contatoras

Ligações incorretas.

Contatos internos com defeito.

Bobinas de comando com excesso de temperatura.

Fusível

Maxilas com pressão insuficiente / mal encaixadas.

Subdimensionado em relação a intensidade de corrente.

Base fusível com defeito.

Defeitos internos – como não condutividade.

Transformador – Baixa

Tensão

Núcleos e enrolamentos com defeito.

Isolamento deficiente nos enrolamentos.

Bornes de ligação com folga / defeito.

Chave Seccionadora

Faca mal encaixada.

Má distribuição de carga entre as fases.

Problemas no sistema de fechamento da chave.

Fonte: adaptado de SOUZA et al.(2014)

35

3 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO

Este trabalho foi desenvolvido através da coleta de termogramas em campo com

o objetivo de apresentar a aplicabilidade da termografia como recurso de manutenção

preventiva de subestações elétricas industriais e suas limitações. Todos os casos

apresentados são de subestações abrigadas, o que exclui a interferência de fatores como

o vento e temperatura pela incidência solar.

Os termogramas foram obtidos com o termógrafo modelo E6 da Flir, que tem suas

características apresentadas no Quadro 3.1.

Quadro 3.1 – Especificações Termógrafo E6

Precisão ± 2%

Campo de visão (FOV) 45º x 34º

Faixa de Temperatura dos objetos -20 ºC a +250 ºC

Faixa de temperatura operacional -15 ºC a +50 ºC

Distância focal mínima 0,5 m

Faixa espectral 7,5 a 13 µm

Fonte: Flir (2017)

3.1 DIFERENÇA DE EMISSIVIDADE

Cada material possui uma emissividade característica. Como explicado na Seção

2.3.4, dois materiais podem estar na mesma temperatura, mas, se possuírem

emissividades diferentes, a energia infravermelha emitida por eles será diferente.

Analisando o termograma da Figura 3.1, observa-se que o condutor sob análise, apresenta

regiões específicas com maior emissão de infravermelho, o que para um leigo poderia ser

interpretado como regiões aquecidas. Ao avaliar a imagem real observa-se que as regiões

de maior emissividade foram criadas ao fixar fitas nos condutores.

36

(a)

(b)

Figura 3. 1 – Barramentos com fitas de identificação: (a) imagem real; (b) imagem

térmica


A característica da radiação infravermelha emitida ser definida pelo material que

reveste o objeto em análise, pode ser um recurso para o inspetor termografista. Na área

de elétrica, onde há muita utilização de cobre nu e alumínio – que são materiais de

emissividade baixa – é possível criar áreas de alta emissividade aplicando materiais de

determinada emissividade conhecida. O mais comum é utilizar fitas isolantes ou tintas de

alta emissividade para criar estas áreas e ter referências para uma medida de temperatura

mais confiável.

37

3.2 TEMPERATURA APARENTE REFLETIDA

Como explicado na Seção 2.4, parte da onda infravermelha que incide no

termovisor se deve à radiação dos elementos no entorno do objeto em estudo que nele

estão refletindo, podendo ser gerada por outros equipamentos ou mesmo pelo próprio

termografista. Num primeiro instante não é possível identificar o que está sendo emitido

pelo objeto e o que é reflexo do ambiente em que este objeto está inserido, embora existam

algumas especificidades que auxiliam na sua identificação.

Reflexos, por não serem um aquecimento real, não possuem o gradiente de

temperatura e as bordas são bem delimitadas. Outra forma de identificar o reflexo é, ainda

em campo, verificar que, ao mudar o ângulo entre o termovisor e o objeto, os reflexos

também irão mudar de posição, mas isso não ocorrerá com o aquecimento próprio do

objeto.

Na Figura 3.2, pode-se observar o reflexo do transformador na conexão tipo T

destacada na imagem. O reflexo se diferencia do aquecimento, pois ele se concentra só

na parte inferior da peça e não há gradiente de temperatura para o restante da conexão.

Outra forma de notar o impacto do transformador no ambiente é observando o reflexo do

transformador na estrutura de suporte dos isoladores e no teto.

Figura 3.2 – Reflexo de transformador na conexão tipo T e no barramento.


38

Na Figura 3.3, é possível avaliar o impacto da reflexividade infravermelha do

material. No termograma – Figura 3.3 (b) - o reflexo do inspetor termografista no fundo

do quadro é bem perceptível apesar do material não ser tão refletivo no comprimento de

onda visível, como observado na Figura 3.3 (a).

(a)

(b)

Figura 3. 3 – (a) Foto sem apresentar reflexo; (b) Termograma com reflexo do inspetor

termografista no fundo do quadro.


Desta maneira, materiais como o cobre nu, que tem alto valor de refletividade,

podem apresentar regiões que a princípio podem ser interpretadas como aquecimento,

porém são reflexo do ambiente.

39

3.2.1 Reflexões múltiplas

Os reflexos também podem ser originados pela geometria do objeto em estudo. A

Figura 3.4 mostra como a reflexão da onda no interior da cavidade do componente em

observação gera um aumento da energia absorvida. Na análise da Equação 6 foi concluído

que a energia absorvida é igual a energia emitida, logo objetos que possuem cavidades

em sua geometria aparentam uma temperatura na região da cavidade maior do que a

temperatura real.

(a)

(b)

Figura 3.4 – Comportamento da onda infravermelha em cavidades: (a) Absorção; (b)

Emissão.

Fonte: ITC

40

Figura 3.5 – Comportamento do infravermelho em furos de diferentes profundidades.

Fonte: ITC

A Figura 3.5 consiste em um pedaço sólido de alumínio com furos com diferentes

profundidades, sendo o da esquerda o menos profundo e o da direita o mais profundo.

Esta situação pode ser identificada em instalações elétricas em barramentos com furos e

em contatos de equipamentos como disjuntores.

(a)

41

(b)

Figura 3. 6 – (a) Imagem real; (b) Termograma com aquecimento em objeto com

cavidade.


Como nestes casos não é possível concluir qual a temperatura real da cavidade, só

é possível realizar uma análise qualitativa do aquecimento, através do critério de

comparação entre elementos similares – como explicado na Seção 2.6. Na Figura 3.6, por

exemplo, havia uma grande diferença entre as temperaturas das fases A e B da conexão

do disjuntor o que tornou possível a identificação da anomalia.

3.3 POSICIONAMENTO DO TERMÓGRAFO EM RELAÇÃO AO OBJETO DE

ESTUDO

Consciente de que a termografia capta as ondas infravermelhas emitidas pelo

material que compõe a camada mais externa do objeto em estudo, como visto na Seção

2.4, a posição entre o termógrafo e o objeto podem impactar na identificação ou não de

um ponto de aquecimento. Comparando os termogramas das Figuras 3.7 e 3.8 é possível

perceber que, ao mudar o ângulo de captura do termograma, o condutor mais aquecido

ficou mais exposto, possibilitando identificar com mais precisão a sua temperatura.

42

(a)

(b)

Figura 3. 7 – (a) Imagem real; (b) Termograma com condutor aquecido menos

evidente.


(a)

43

(b)

Figura 3. 8 – (a) Imagem real; (b) Termograma com mudança de ângulo e condutor

aquecido mais evidente.


3.4 IMPACTO DA QUANTIDADE DE CARGA

Visto que as perdas elétricas são proporcionais ao quadrado da corrente e que elas

se manifestam na forma de calor, é possível identificar equipamentos e circuitos

sobrecarregados comparando sua temperatura com a temperatura de equipamentos e

circuitos similares adjacentes. Na Figura 3.9 observa-se a alta temperatura encontrada nas

conexões dos cabos do lado de BT - Baixa Tensão do transformador.

Durante a análise termográfica, foi identificado que o disjuntor do transformador

conectado em paralelo com o da Figura 3.9 estava desligado e que o equipamento sob

ensaio havia assumido a carga antes suprida pelos dois transformadores, uma vez que o

equipamento havia sido desenergizado pela atuação da proteção. O responsável pelas

instalações fez as devidas manobras de forma que o transformador que estava fora de

atuação voltou a assumir a sua carga. Uma hora depois retornou-se ao local para verificar

a temperatura do transformador que antes estava sobrecarregado, tendo como novo

termograma o mostrado na Figura 3.10.

44

Figura 3.9 – Transformador em sobrecarga.


Figura 3. 10 – Transformador em regime normal carga.


Comparando os dois termogramas das Figuras 3.9 e 3.10 fica claro o impacto da

carga na temperatura da instalação. Há mais de 40ºC de diferença antes e depois de religar

o disjuntor.

45

3.5 ANÁLISE DE CASO

Em uma instalação, foram identificados aquecimentos em diversas conexões,

sendo a mais aquecida a sinalizada na Figura 3.11. O aquecimento já havia comprometido

o condutor de maneira que era visualmente perceptível as marcas do aquecimento no

fundo do quadro.

(a)

(b)

Figura 3. 11 – Quadro de comando com pontos de aquecimento: (a) imagem

real; (b) imagem térmica.


Apesar da urgência, o equipamento ainda não havia falhado e o proprietário da

instalação decidiu que no período não seria possível realizar uma parada para substituição

dos componentes. Desta maneira, 15 dias depois foi realizada uma nova inspeção

termográfica das instalações para verificar se a temperatura estava estável ou não.

46

(a)

(b)

Figura 3.12 – Quadro de comando com pontos de aquecimento 15 dias após: (a)

imagem real; (b) imagem térmica.


Com o aumento de 7,1 ºC na temperatura em 15 dias, o responsável pela instalação

programou uma parada para realizar a substituição dos componentes e, tendo em vista

que a vida útil da instalação estava chegando ao fim, optou por uma modernização,

substituindo a proteção com fusíveis por disjuntores. Após a substituição foi realizada

uma nova inspeção termográfica para verificar se, com a substituição dos componentes,

os pontos de aquecimento foram corrigidos. O resultado é apresentado na Figura 3.13,

onde todos os pontos da instalação estão abaixo de 50 ºC, o que representa uma diferença

de mais de 100 ºC para a instalação antes da intervenção.

47

(a)

(b)

Figura 3. 13 – Quadro de comando após substituição dos componentes: (a) imagem

real; (b) imagem térmica.


3.6 LIMITAÇÕES DA APLICAÇÃO DA TERMOGRAFIA

O uso da termografia está condicionado ao contato visual direto com o objeto em

estudo, o que significa não ter nenhum outro elemento entre o termovisor e o objeto em

estudo. Como visto na Seção 2.4, alguns objetos, mesmo sendo transparentes ao olho

humano, funcionam como um filtro de infravermelho. Em instalações elétricas isso

significa a necessidade de abrir quadros e retirar as placas de acrílico. Nas Figuras 3.14 e

3.15 fica evidente como o vidro, mesmo que transparente à olho nu, filtra todo o

infravermelho.

48

(a)

(b)

Figura 3.14 – Imagem sem a atenuação do infravermelho por obstáculo: (a) imagem

real; (b) imagem térmica


(a)

49

(b)

Figura 3.15 – Imagem com a atenuação do infravermelho por obstáculo: (a) imagem

real; (b) imagem térmica


Para obter as Figuras 3.14 e 3.15 foram utilizados 2 copos descartáveis cheios até

a metade com café – para que fosse possível observar o nível do líquido na imagem real

– para representar o ‘corpo quente’. O obstáculo é uma janela de vidro, que foi marcado

por um papel adesivo amarelo. Na Figura 3.14 ambos os copos se encontravam a frente

do obstáculo, sendo possível observar o líquido aquecido dos dois copos na imagem

térmica. Na Figura 3.15 o copo da esquerda foi mantido na mesma posição, mas o copo

da direita foi colocado para trás do vidro. Neste arranjo é possível observar que o vidro

filtrou todo o infravermelho fazendo com que o copo da direita praticamente sumisse na

foto térmica da Figura 3.15.

(a)

50

(b)

Figura 3.16 – Imagem de instalação elétrica com acrílico de proteção: (a) imagem real;

(b) imagem térmica


A Figura 3.16 apresenta a atenuação do infravermelho por obstáculo numa

instalação elétrica. O acrílico, apesar de totalmente transparente a olho nu, se comporta

como um material opaco para onda infravermelha. Em instalações elétricas é comum o

uso deste material para proteger as pessoas das partes energizadas do quadro que

oferecem mais risco aos operadores.

Atualmente há uma tendência de instalações elétricas mais compactas, com o uso

de cabines blindadas e transformadores à seco com carenagem18. Esse tipo de instalação

só permite o uso da termografia como técnica preditiva de manutenção quando há JIT -

Janelas de Inspeção Termográfica em sua estrutura, outra opção é recorrer a outros tipos

de ensaios – como o ultrassom, por exemplo.

A JIT consiste em uma janela de um cristal ou polímero específico, cuja instalação

deve ser solicitada ao fabricante do quadro para que seja garantida as suas características

estruturais – como a explosão pela tampa traseira, por exemplo. A instalação da JIT

também deve levar em consideração a distância entre a porta e o equipamento elétrico

que será inspecionado e a distância mínima focal da câmera termográfica – que

normalmente é de 10 cm.

18 Transformadores que estão no interior de uma caixa metálica que fornece proteção aos usuários

permitindo ser tocada sem causar danos ao ser humano.

51

Figura 3.17 – Janela de Inspeção Termográfica

Fonte: FLIR (2019)

Para que se possa realizar uma inspeção completa do quadro, muitas vezes, é

necessária a instalação de mais de uma JIT por porta, o que pode se tornar financeiramente

inviável devido ao alto custo de cada JIT, uma vez que seu valor varia de acordo com o

material que compõe a lente - os materiais mais comuns são: polímero IR1, cristal de

cálcio e cristal de bário. Outra opção existente no mercado é o uso de lentes de germânio,

porém estas têm um valor muito elevado comparado as demais.

Ao realizar a inspeção através de uma JIT o termografista precisa do valor de sua

transmissividade. Este valor varia de acordo com o material que compõe a lente e deve

ser informado pelo fabricante, pois a janela de inspeção, apesar de ter sido desenvolvida

para este fim, gera uma atenuação da onda infravermelha que deve ser considerada no

momento da avaliação do termograma.

52

Figura 3.18 – Termografia através de janela de inspeção termográfica.

Fonte: Catálogo JIT BRASIL

53

4 CONCLUSÃO

O trabalho desenvolvido apresentou os conceitos básicos da termografia, sua

aplicabilidade e suas limitações na manutenção preventiva de subestações elétrica

industriais. Os conceitos apresentados no Capítulo 2 são a base teórica para a

compreensão dos casos e limitações apresentados no Capítulo 3.

No Capítulo 2 são apresentados, além das teorias necessárias para compreender o

comportamento das variáveis físicas que compõem um termograma, alguns dos

parâmetros utilizados por profissionais de manutenção de instalações elétricas para

identificar o aquecimento. Estes profissionais devem saber classificar, de acordo com a

gravidade térmica e a prioridade do equipamento dentro da instalação, qual a urgência da

intervenção para que a utilização da termografia como recurso de manutenção seja eficaz

– identificando os defeitos ainda incipientes - mas também eficiente, não exigindo paradas

prematuras ou desnecessárias.

As vantagens do uso da termografia na manutenção preventiva ficam mais claras

ao avaliar que esta pode ser realizada sem interromper o processo produtivo, mantendo

todos os colaboradores em segurança, e de maneira rápida, com avaliações iniciais já

feitas em campo. Nos exemplos apresentados no Capítulo 3, foram identificadas

anomalias através de inspeções termográficas de rotina. Realizando este procedimento de

maneira periódica, e acompanhando a evolução de temperatura dos equipamentos, é

possível minimizar a ocorrência de falhas e paradas não programadas, além de minimizar

os diversos tipos de perdas em uma indústria, desde as de produção até as humanas, em

casos mais graves.

Apesar de todas as vantagens, é preciso estar ciente do funcionamento do método

e das suas limitações, para que casos como os apresentados no Capítulo 3 não sejam

interpretados de maneira incorreta, prejudicando a eficácia da aplicação desta técnica

preditiva de manutenção. As informações de temperatura dependem dos dados inseridos

pelo termografista e os pontos de aquecimento dependem da interpretação dos

termogramas obtidos. Caso o termografista erre nestes quesitos, é possível que pontos de

aquecimento não sejam identificados, ou que sejam programadas paradas desnecessárias.

Em um caso mais extremo, um erro de interpretação pode levar a condenação de

equipamentos ainda em boas condições de funcionamento.

54

4.1 SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS

Este trabalho abordou subestações elétricas abrigadas de até 13.800 V, podendo,

em trabalhos futuros, ser expandido para subestações ao ar livre, onde há interferências

não abordadas no presente trabalho. Além disso, podem ser contempladas práticas de

rotina termográfica e o levantamento das anomalias mais comuns dos equipamentos

elétricos identificadas por termografia.

Trabalhos futuros também podem abordar qual o impacto de ambientes de alta

temperatura e com grandes emissores de calor na inspeção termográfica de componentes

elétricos, através de modelagens computacionais com verificação dos resultados em

campo. Neste trabalho também pode ser levantado até qual condição a inspeção

termográfica não é afetada pela umidade do ar, visto que ela está diretamente relacionada

à transmissividade atmosférica.

55

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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